大气中的二氧化碳真的可以转化为资源吗

虽然二氧化碳是造成全球变暖的罪魁祸首，但它含有碳和氧，而碳和氧是关键元素。难道就没有办法利用它们吗?

利用多层建筑空调捕获的二氧化碳

光合作用可以说是地球上所有动物和人类生命的起源，植物利用太阳能从水中分离氧气，减少(去除氧气)大气中的二氧化碳(CO2)，从而产生碳氢化合物。然而，产生这些碳氢化合物的过程效率低下。因此，如果人类想用植物生产的碳氢化合物取代化石燃料，就需要大量的土地。

我们正在研究比植物更有效地生产碳氢化合物的方法。世界上使用最广泛的碳氢化合物是乙烯(C2H4)，它是各种化学品的基本成分。几乎所有乙烯都是从石油中生产的，这一过程会向大气中排放大量二氧化碳。当乙烯制成的产品作为垃圾焚烧时也会排放二氧化碳。因此，如果能利用从空气中捕获的碳来制造乙烯，这将真正形成碳循环。

植物通过叶片表面逐渐吸收二氧化碳。我们可以利用大型电风扇将空气吹过二氧化碳易溶解的液体，从而创建更高效​​的捕获过程。二氧化碳溶解后会变成酸性，因此可以使用碱性液体来中和这种酸性。碱性液体很容易溶解酸性二氧化碳，然后我们可以通过加热液体将其释放出来。

在日本内阁府“登月计划”的项目中，我们正在研究一种使用安装在多层建筑中的空调的二氧化碳捕获系统。人多的地方显然会产生大量二氧化碳，因此这些建筑代表着一种碳宝库。我们将在空调内安装直接空气捕获(DAC)设备来捕获二氧化碳。空调通常从建筑物外部引入空气以降低室内的二氧化碳浓度，但在这种情况下没有必要这样做，因为二氧化碳被捕获了。因此可以省去用于冷却和加热外部空气的空调成本，从而抵消捕获二氧化碳的成本。这个过程称为碳捕获和利用(CCU)。

捕获二氧化碳相当简单;更大的问题是如何减少它。含氧化合物是稳定的，二氧化碳就是这种化合物的典型例子——二氧化碳中的碳和氧紧密结合在一起。在植物中，叶子中产生的低压电子与二氧化碳接触并将其分解成碳和氧。为了尝试复制这一过程，我们正在研究一种将太阳能电池与电化学反应器相结合的系统。

对乙烯生产总能耗的计算表明，二氧化碳还原步骤目前所消耗的能耗大约是从空气中收集二氧化碳所需能耗的四倍。如果我们想成功，就必须降低这一比例。为了从二氧化碳和水中生产乙烯，我们使用了一种类似于水电解器的装置。当电压施加到聚合物膜两侧的阳极和阴极时，氧气会从二氧化碳中分离出来，剩余的碳会与从水中提取的氢形成键。虽然水电解器的能源效率约为70%，但二氧化碳电化学反应器目前的运行效率仅为30%左右。反应不会自行进行，因此强力催化剂(在我们这里是一种特殊设计的铜)是必不可少的。通过控制三相界面的微观结构并改进聚合物膜，可以将反应性提高数倍。我们将于2030年建成一座试验工厂，并于2050年实现大规模商业化，实施被认为是终极的脱碳战略。

问：既然油原本就来自植物，为什么我们不应该使用它?

答：因为我们使用它的速度比它生产的速度快得多。

化石燃料(碳氢化合物)是在1亿多年时间里积累起来的，但人类只使用了其中的200年。因此，问题的根源在于它们形成和消耗的时间尺度完全不同。如果我们目前每天使用的碳氢化合物等于过去某一天的产量，那就没有问题了，但事实并非如此，不是吗?主张燃料的消耗率和生产率应该保持平衡，这是碳中和思维的一个例子。

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